Ag/Al2O3(Li2O)/g-C3N4光催化乙醇制取环氧乙烷

本文制备了一系列Ag/Al₂O₃(Li₂O)/g-C₃N₄复合催化剂,考察了其可见光催化乙醇制取环氧乙烷的性能。Li₂O可调变Al₂O₃表面的酸性,从而降低了主要副产物乙醛的选择性。Ag/Al₂O₃(Li₂O) 在g-C₃N₄上的负载量对产物环氧乙烷的选择性有较大影响,当Ag/Al₂O₃(Li₂O) 负载量为5wt%时,乙醇具有较高的转换率,且环氧乙烷的选择性高达100%。     

热解气氛对准东煤中钠行为的影响及半焦结渣特性研究

碱金属热解预处理是一种控制高碱煤燃烧灰问题的新思路,结合实验室煤炭分级转化多联产系统的实际热解气氛,利用水平管式炉对准东大成煤进行N₂、H₂、CH₄、CO₂及煤气气氛热解实验,探究热解气氛对钠迁移转化的影响。结果表明：与N₂气氛相比,多联产气氛热解时钠释放量显著增加,发达的孔隙结构有利于钠的释放。N₂气氛热解半焦中被包覆的水溶钠占原煤总水溶钠的40%以上,通过孔结构表征推断中孔段堵塞是造成碳包覆的主要原因。多联产气氛下被包覆的水溶钠含量大幅减少,进而促进了钠释放以及钠长石(NaAlSi₃O₈)、霞石(NaAlSiO₄)等高熔点硅铝酸盐的生成,有利于碱金属热解预处理。利用结渣指数及灰熔点对比了原煤及煤气气氛热解半焦的结渣特性,证明热解预处理能有效降低煤焦的结渣倾向。     

黄铁矿在CO2气氛下非等温氧化转化及动力学分析

针对煤中常见含铁矿物黄铁矿在富氧燃烧典型气氛下转化特性,通过同步热分析结合烟气分析研究了黄铁矿在CO₂气氛下的转化行为．结果发现,黄铁矿在CO₂气氛下主要经历5个失重阶段且均为吸热过程,首先是黄铁矿颗粒表面硫脱除的起始热解段(相界面反应,n=1/2),活化能低于其在N₂气氛下近30 k J/mol,为220.27 k J/mol,随后裂解成磁黄铁矿(三维扩散,n=1/2)活化能与其在N₂(177.27 k J/mol)下接近为178.1 k J/mol;温度高于690℃,随着升温磁黄铁矿缓慢失硫,CO₂逐渐参与磁黄铁矿转化且释放SO₂和CO;820～1 150℃经历双峰失重峰阶段,820～1 020℃,氧化气体产物SO₂大量生成且在约1 000℃达到体积浓度峰值;最后1 020～1 150℃,坩埚中残留物大量与CO₂持续氧化反应失重形成SO₂和CO,坩埚中形成复杂物相体系,铁硫化物和铁氧化物...     

TiO2-Cu[HgI4]纳米复合材料的制备及其热致变色性能

以TiO₂为载体制备了TiO₂-Cu[HgI₄]纳米复合材料,利用HRTEM、XRD、DSC、UV-Vis等方法对该材料的结构及其热致变色性能进行了研究。研究表明,TiO₂-Cu[HgI₄]纳米复合材料具有较好的热致变色性能,随着nTiO₂/nCu[HgI₄]摩尔比值的增大,其可见光吸收性能增强,相变温度也相应升高。     

纤维素温和条件下一步水热法制备甲烷的研究

生物质发酵法制备甲烷存在甲烷收率低、CO₂含量高等问题。本研究以纤维素为原料,在温和条件下采用水热催化转化的方法制备甲烷。对一系列催化剂进行了考察,发现Ru/C对该反应的催化活性最高。采用Ru/C催化剂进一步考察了一系列反应条件,结果表明,升高反应温度、延长反应时间、增加催化剂用量以及提高氢气初始压力对甲烷的生成具有促进作用。在1 MPa H₂、220℃、12 h反应条件下,甲烷碳摩尔收率最高,达88%,反应过程中无CO₂产生。采用TEM、BET、XRD和FT-IR等对催化剂进行了表征,结果表明,Ru/C催化剂的高催化活性可能与催化剂本身比表面积大、钌粒子颗粒小且分散均匀的特性有关。本研究采用的催化转化方法具有甲烷收率高、CO₂排放量小（<5%）、反应条件更为温和等特点。     

O2/N2和O2/CO2气氛下煤半焦-生物质的混燃特性及影响因素

为掌握煤半焦与生物质在O₂/N₂和O₂/CO₂条件下的混燃特性及其影响因素,采用全自动物理化学吸附仪获得了煤半焦-生物质混合燃料的孔隙结构,采用热重实验分析了两种燃料的混燃特性和反应动力学,通过多元线性回归法研究了燃料比、比表面积与混燃特性参数之间的关系。结果表明,O₂/N₂气氛下,掺混生物质可改善煤半焦的着火、燃尽及综合燃烧特性;O₂/CO₂气氛下,掺混生物质能改善煤半焦的着火特性,但会延迟其燃尽。混燃的活化能在低温区和高温区有显著差异,生物质掺混比增大,两个温区的活化能都降低;两种气氛下,低温区的活化能相近,但O₂/CO₂气氛下高温区的活化能显著高于O₂/N₂气氛下的。O₂/N₂气氛下孔隙结构对燃烧特性的影响更显著,而O₂/CO₂气氛下...     

基于AuMgO@TiO2球壳的光热协同反应耦合集热研究

实验室前期搭建太阳能有序转化系统，利用太阳辐射高频波段合成碳氢燃料，低频波段转化为高品质热能。基于该系统，制备Au和MgO负载的TiO₂球壳材料，进行光热协同反应转化CO₂和H₂O，同时结合集热层利用导热油集热，结果表明，H₂、CH₄、CO产量分别为30.1、3.2、30.9μmol/g，系统集热效率可达39.85%。实验结合表征显示，球壳结构、Au和MgO共负载可提高材料光吸收，增强光热性能，降低电子空穴对复合率，产生氧空位，促进光热协同反应还原CO₂。     

两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流燃烧过程的NOx排放特性

为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_x排放特性和影响NO_x生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究．结果表明：在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_x排放可降至54×10^-6(15%O₂).H+O₂(+M)=HO₂(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_x排放的关键反应．燃烧压力的升高会促进NO与HO₂反应并转化为NO₂．对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%～80%)会导致NO_x排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%～55%)则有利于实现较低的NO_x排放(54×10^-6～86×10^-6 (15%O₂...     

中药渣固废的碳酸钾催化热解特性与产物分布规律

以木本中药渣为原料,采用浸渍法负载不同含量K₂CO₃催化剂;通过热重实验,分析中药渣催化热解特性和热解特征参数,并采用Starink法进行动力学分析,计算催化热解反应的表观活化能;使用固定床热解炉,优化催化热解反应条件,考察不同K₂CO₃负载量对热解产物分布的影响规律。热重结果表明,K₂CO₃能显著降低中药渣的初始热解温度和最大热解温度,从而降低热解快速失重段的反应活化能;且K₂CO₃负载量越大,催化热解效果越好。热解实验证实：K₂CO₃含量为中药渣催化热解反应的最主要影响因素,它可加速生物基大分子的低温解聚和热解中间产物的催化裂解,既可降低热解油产率,又能大幅提升H₂、CO和C₂H₆等小分子低碳烃气体的产率,且有利于提高热解气的H₂/CO比例。     

基于Cu2O光阴极的光电催化CO2还原研究

光电催化CO₂还原制备碳氢燃料是缓解当前能源和环境危机的潜在策略。现阶段，光电极的构建依然是光电催化CO₂技术的关键点。由于Cu基催化剂具有低成本、高C2+选择性、高稳定性等适宜CO₂还原应用的特性，构建新型Cu基光电极仍是CO₂还原研究领域中研究热点。本文从P型Cu₂O光阴极入手，系统研究了电沉积工况与光电催化CO₂还原反应之间构效关系。研究结果表明，在恒温环境中，施加0.5 mA/cm²恒电流密度可获得结晶度良好的Cu₂O光阴极，并实现C2产物的合成。其中，乙醇的选择性可达5.3%。本文研究结果可为设计和制造具有高活性的光电催化CO₂还原光电阴极提供可行策略。     

Al2O3/SiOxNy/SiNx叠层钝化膜对PERC太阳电池性能及LID效应的研究

由于等离子体增强化学的气相沉积（PECVD）法制备的SiO_xN_y薄膜中含有大量H原子,因而具有优异的表面钝化性能。通过在PERC太阳电池的Al₂O₃/SiN_x背钝化叠层中间插入一层SiO_xN_y薄膜,形成Al₂O₃/SiO_xN_y/SiN_x结构,可避免SiN_x所带的固定正电荷对Al₂O₃负电荷场钝化效应的负面影响。试验结果表明,硅片少子寿命从原来的130 μs提高至162 μs,电池转换效率增加0.09%。同时,基于Al₂O₃/SiO_xN_y/SiN_x背钝化的PERC太阳电池的LID也得到了改善,由对照组的1.83%下降到实验组的1.09%。     

铁基载氧体的污泥化学链气化过程中氮迁移热力学模拟与实验研究

基于吉布斯自由能最小化原理,采用HSC Chemistry 6.0软件,对污泥化学链气化过程中NO_x前驱物（NH₃和HCN）与Fe₂O₃载氧体的氧化还原行为进行了热力学模拟。基于污泥热解实验中NO_x前驱物的含量,计算载氧体与污泥的摩尔比（OC/SS）对NH₃、HCN以及NH₃和HCN混合气氧化过程的影响。热力学模拟结果表明：Fe₂O₃能显著促进NO_x前驱物的氧化和裂解,主要生成N₂,几乎无NO_x生成;当NH₃、HCN以及混合气（NH₃和HCN）分别作为还原剂时,其最优OC/SS分别为0.02、0.04和0.05;由于HCN还原性强于NH₃,其氧化速率较快。基于Fe₂O₃/Al₂O₃混合物（FeAl）载氧体,实验对比了污泥化学链气化与污泥热解过程中NO_x前驱物的释放特性,发现Fe₂O₃能显著降低烟气中NO_x前驱物的产率,NH₃和HCN产率分别下降32%和62%。实验结果与热力学模拟结果一致。     

Microstructure and energy storage properties of Li1.2[Mn0.52-0.5xNi0.20-0.5xCo0.08+x]O2 cathode materials

以碳酸钠为沉淀剂,乳酸钠为络合剂合成碳酸盐前驱体,950℃烧结制备了Li_1.2[Mn_0.52-0.5xNi_0.20-0.5xCo_0.08+x]O₂（x=0, 0.02, 0.04, 0.06）系列材料,探讨元素含量变化对材料的结构、形貌、充放电性能的影响。研究结果表明：随着x的增大,材料的晶格常数c/a比值增加,层状结构更加完整。当x=0.02时,该材料的充放电性能最优,其首次放电容量为261.0 mA·h/g,0.5C下循环100次后的放电容量仍有189.9 mA·h/g,容量保持率高达98.85%,2C倍率下放电容量最高达到157.6 mA·h/g。进一步增大x值时,由于Co含量的上升,使得更多的Co^3+/4+ 2g轨道与O^2- 2p轨道发生带隙重叠,从而使得材料的比容量和循环性能下降。     

Formation of ethanol from carbon monoxide via a new microbial catalyst

A recently discovered clostridial bacteria converts components of synthesis gas (CO, CO₂, H₂) into liquid products such as ethanol, butanol and acetic acid. Isolated from an agricultural lagoon, the stability and productivity characteristics of the bacteria were studied in a continuous 4.5 l bubble column bioreactor at 37°C using artificial blends of CO, CO₂, and N₂. Preliminary results on the rates of cell growth, substrate utilization, product formation, and yields of products and cells from CO are discussed. At steady state, apparent yields (mole C in products per mole CO consumed) of ethanol, butanol, and acetic acid were 0.15, 0.075 and 0.025, respectively, and the cell yield was 0.25 g/mol CO. The theoretical yield of ethanol is 0.33 if CO is only utilized for the production of ethanol. The experimental yield of CO₂ from CO was approximately 60% compared to the theoretical yield of 67% with ethanol as the sole product. As a comparison with another ethanol-producing bacteria, the results of a similar fermentation study using batch-grown Clostridium ljungdahlii showed yields of 0.062 for ethanol and 0.094 for acetic acid and a cell yield of 1.378 g/mol.     

Capacitive performance and cycling stability of NixCo1-x(OH)2 xerogels

研究了Ni_xCo_1-x(OH)₂干凝胶中钴含量对其电性能及循环稳定性的影响。用溶胶-凝胶法制备了Ni_xCo_1-x(OH)₂干凝胶材料,用液氮吸附、XPS和XRD研究了含钴Ni(OH)₂干凝胶的组成和结构,用恒电流技术研究了它们的电容性能。结果表明,Ni_xCo_1-x(OH)₂干凝胶具有较高的比表面积和丰富的中孔;添加钴改善了Ni_xCo_1-x(OH)₂干凝胶的倍率性能,当钴含量达到24%时效果最佳;充放电后Co_xNi_1-x(OH)₂干凝胶的晶态结构仍是β-Ni(OH)₂晶相结构,钴含量20%以上的Co_xNi_1-x(OH)₂干凝胶充放电后微晶尺寸变化不明显;组成的活性炭/ Ni_0.76Co_0.24(OH)₂干凝胶电容器20 mA/cm²充放电循环时,库仑效率达到95%以上,循环100000次以上,电容器的比容量仍保持在90%以上。在长循环过程中,Ni_0.76Co_0.24(OH)₂干凝胶的微晶尺寸变化不大,微晶晶胞a轴逐渐变大、c轴逐渐缩小,晶胞参数趋向理想的β-Ni(OH)₂晶体。     

Two-step steam pretreatment of softwood by dilute H2SO4 impregnation for ethanol production

Fuel ethanol can be produced from softwood through hydrolysis in an enzymatic process. Prior to enzymatic hydrolysis of the softwood, pretreatment is necessary. In this study two-step steam pretreatment by dilute H₂SO₄ impregnation to improve the overall sugar and ethanol yield has been investigated. The first pretreatment step was performed under conditions of low severity (180°C, 10 min, 0.5% H₂SO₄) to optimise the amount of hydrolysed hemicellulose. In the second step the washed solid material from the first pretreatment step was impregnated again with H₂SO₄ and pretreated under conditions of higher severity to hydrolyse a portion of the cellulose, and to make the cellulose more accessible to enzymatic attack. A wide range of conditions was used to determine the most favourable combination. The temperatures investigated were between 180°C and 220°C, the residence times were 2, 5 and 10 min and the concentrations of H₂SO₄ were 1% and 2%.

The effects of pretreatment were assessed by both enzymatic hydrolysis of the solids and with simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of the whole slurry, after the second pretreatment step. For each set of pretreatment conditions the liquid fraction was fermented to determine any inhibiting effects. The ethanol yield using the SSF configuration reached 65% of the theoretical value while the sugar yield using the SHF configuration reached 77%. Maximum yields were obtained when the second pretreatment step was performed at 200°C for 2 min with 2% H₂SO₄. This form of two-step steam pretreatment is a promising method of increasing the overall yield in the wood-to-ethanol process.     

Fast pyrolysis of cellulose in a single pulse shock tube

A shock tube technique was employed to study the thermal decomposition of cellulose in an inert argon gas under the conditions of high temperature, high heating rate, and short reaction times. The influence of temperature and reaction times on product yields and their distribution were investigated. A clean, tar and char free gas consisting mainly of CO, CO₂, C₂H₂, C₂H₄ and CH₄ were produced throughout the course of this investigation. A mass conversion of cellulose to gas exceeding 90 wt% has been realized between the temperatures 700 and 2200°C for the reaction times examined. Carbon monoxide is the major product and attains a yield in excess of 65 wt% for temperatures above 1300°C. Global kinetic parameters for the decomposition of cellulose and its principal gas products were obtained by fitting the experimental data to a single, first order kinetic model. The energy of activation for the decomposition of cellulose was found to be 130.5 kJ/mol. The material balances made for the total mass, carbon and oxygen are good.     

不同预处理方式对芒萁、商陆厌氧消化性能的影响

采用酸（1.5% H₂SO₄）、碱（2% NaOH）、水热（180℃）三种方式分别对芒萁、商陆进行预处理,考查不同预处理方式对芒萁、商陆厌氧消化性能的影响。结果表明：不同预处理方式对原料木质素去除效果不同,去除率大小依次为碱处理 > 酸处理 > 水热处理,其中碱处理条件下芒萁木质素去除率为52.84%,商陆为48.62%。碱处理条件下原料甲烷产率亦最高,分别为芒萁134.62 mL/g VS、商陆260.40 mL/g VS,相比未处理分别提升53.62%、79.38%;稀酸和水热处理条件下芒萁木质素去除率较低,分别为23.61%、4.52%,商陆则分别为31.68%、5.67%。另外,稀酸和水热处理对芒萁产甲烷也有较好的提升作用,相比未处理分别提升33.08%、38.62%,但对商陆产甲烷并没有明显的改善作用（酸处理仅提升7.83%、水热处理降低3.42%）。相比酸处理和水热处理,碱处理具有更好的预处理效果,商陆比芒萁具有更好的产甲烷潜力。